新型存儲器MRAM（二）：產業洞察

PS：本篇爲該系列第二篇，查看第一篇請點擊藍色字體：《新型存儲器MRAM（一）：技術解析》

MRAM產業公司

當前，國際上有超過20家美、日、韓等國家和地區的公司致力於研發MRAM產品（表2），起到推動作用的公司有以IBM、Eversipin和以Samsung爲代表的半導體公司。

表2：MRAM產業主要公司

其中，IBM是MRAM的先驅和主要推動者。早在20年前，IBM的實驗室就率先開展MRAM的研發工作，並在第一代astroid-MRAM和第二代STT-MRAM的研發中取得了多項突破，爲MRAM的發展做出了巨大的貢獻；

Everspin是目前市場上唯一一家能夠大批量提供商用MRAM產品的上市公司，其繼承並發展了Freescale的MRAM技術。Everspin能夠提供的MRAM芯片容量從128Kb到256Mb，這些存儲芯片主要的應用領域集中在工業、航空航天、車用、能源與物聯網等。

近年來，Samsung、GlobalFoundries、TSMC等半導體制造大廠也在加速佈局STT-MRAM。它們的目標是在近期內開發出嵌入式MRAM（eMRAM）產品，不同是Samsung和GlobalFoundries的晶體管制備傾向於採用FD-SOI工藝，而TSMC則採用FinFET工藝。

隨着MRAM製造技術不斷趨於成熟以及市場需求的不斷擴大，越來越多的公司進軍MRAM領域，這將加速MRAM的產業化進程。

國內的MRAM產業仍處於起步階段，整體實力薄弱，對全球MRAM的產業發展的貢獻較少。

在器件製備方面，除了2016年兆易創新斥資500萬美元入股Everspin這一戰略投資以外，僅有零散的幾家初創公司（上海磁宇、浙江海康馳拓等）以及高校和科研院所（南京大學、北京航空航天大學、華中科技大學、中科學物理所等）開展MRAM的研發工作；

在製造設備研發方面，江蘇魯汶儀器研發出8英寸MRAM刻蝕設備，支持28nm工藝節點，能夠滿足大學、研究所等小線的生產。

總體上，近20年來，在產業公司及科研機構的推動下，MRAM的發展主要經歷了astroid-MRAM、toggle-MRAM以及STT-MRM等3個階段（圖11）。受限於磁性隧道結架構缺陷和製造能力，2010年以前的MRAM的存儲容量較小（＜64Mb）。

圖11：MRAM的發展現狀（以當年最大存儲容量計）

2010年以後，STT-MRAM的設計和製造技術不斷趨於成熟，促進了MRAM的存儲容量不斷提升。STT-MRAM已經成爲MRAM的主流技術路線。目前基於垂直磁各向異性的磁隧道結的STT-MRAM的存儲容量已經突破了1Gb，有望在今後幾年實現更大規模的量產和更加廣泛的應用。

應用場景和市場趨勢

MRAM憑藉具有數據非易失性、無限次擦寫、長壽命、低功耗、對軟錯誤免疫等優點，更兼具SRAM的高速讀寫能力和DRAM的高集成度特點，成爲緩存系統的最佳候選者之一。下面以Everspin的產品爲例，介紹MRAM的主要應用場景。

Everspin是目前唯一一家MRAM芯片供應商，其MRAM產品已經滲透到包括計算機內存、航空航天、工業自動化、汽車電子、醫療等多個領域（圖12）：

圖12：MRAM的應用場景

1）在計算機內存領域，高密度的MRAM可部分替代磁硬盤。2013年Buffalo Memory公司宣佈在固態硬盤SSD中採用STT-MRAM替代傳統DRAM作爲高速緩存。另外，2018年，IBM將 256Mb STT-MRAM芯片引入最新一代企業級SSD中；

2）在航空航天領域，MRAM可在飛機控制系統的信息存儲和處理中發揮作用。2009年，法國空客公司決定在A350 XWB飛機的飛行控制計算機中採用MRAM替代原來的SRAM和FLASH。同年，日本發射的由AAC Microtec公司設計的地球觀測衛星SpriteSat將其磁強計子系統中的存儲器用MRAM代替原來的SRAM和FLASH；

3）MRAM可用於工業自動化的程序控制中。2008年西門子工業自動化事業部採用4Mb MRAM用於工業控制的人機交互界面；

4）MRAM在高溫下可靠性良好，滿足汽車電子對內存產品的要求。2009年，寶馬公司在摩托車發動機控制模塊採用MRAM以保證數據在斷電情況下不丟失；

5）MRAM亦可以用在高可靠性醫療設備中。2018年，日企株式會社在其血液透析設備中使用4Mb和16Mb MRAM產品以記錄機器性能參數和患者提升數據。

當下MRAM正處於快速發展階段，更多的技術突破比如新穎的外圍電路設計，多級、多核以及3D STT-MRAM存儲陣列的架構、更先進的工藝製程等將使得STT-MRAM的存儲密度及能量節省上將具有更大的優勢，MRAM將應用在更多的場景中，其市場份額也將不斷增加。

據預測，MRAM市場將會從2017年的3600萬美元增長到2028年的33億美元（圖13）。